计算机网络复习笔记（一）网络概述

一 、计算机网络基础

1.数据通信基本概念

（1）数据信号

分为模拟信号与数字信号两种。

解调

调制

数字信号

模拟信号

（2）信道

信息传输的必经之路被称为“信道”。
信道有物理信道与逻辑信道之分，物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路。
逻辑通路是建立在物理通路的基础上，由网络节点内部或之间建立的连接。

（3）数据通信模型

远端的数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）通过数据电路与计算机系统相连，数据电路由通信信道和数据通信设备（Data Communication Equipment，DCE）组成

（4）数据通信方式

【1】单工通信
【2】半双工通信
【3】双工通信

2.数据传输

（1）数据传输方式

【1】并行传输与串行传输
并行：数据承租、多信道同时传输。
串行：数据流串联，单信道。
【2】同步传输与异步传输
同步：同步时钟节拍，相对位置距离相同，以组（帧）为单位
异步：起止信号作为区分标志。

（2）数据传输形式

【1】基带传输
在信道上直接传输基带信号的方式成为基带传输，值在通信电缆上原封不动低传输由计算机或终端设备产生的数字脉冲信号。计算机网络内往往使用基带传输
【2】频带传输
将基带信号转换为频率表示的模拟信号来传输的方式，成为频带传输。需要在接受和发送端安装调制解调器，多路复用，提高了信道可用率。
【3】宽带传输
将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号的方式。

（3）数据传输速率

【1】比特率
单位时间内所传送的二进制马元的有效数，以每秒多少比特数计，即bps
【2】信道带宽
W = f2 - f1
f1 : 信道能通过的最低频率
f2：信道能通过的最高频率
【3】波特率
数字信道是一种离散信道，他只能传送取离散值的数字信号。信道的贷款决定了信道能不失真地传送脉冲序列的最高速率。一个数字脉冲称为一个码元。我们用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。若码元宽度为T秒，则码元速率 B=1/T 。码元速率的单位叫波特Baud，所有码元速率也叫波特率。
波特率N和比特率R的关系为 R=Nlog2M
M在码元为二进制时为2，码元为四进制时为4 以此类推
如果波特率为600Baud 二进制时 比特率为 600 八进制 时 比特率为1800

【奈奎斯特定理】

若信道宽度为Ｗ，则最大码元速率为Ｂ＝2W

码元携带的信息量由码元取的离散值的个数决定，若码元取两个离散值，则一个码元携带1比特（b）信息，若码元携带四个离散值，则一个码元携带2比特信息，一个码元携带信息总量与码元的种类数N有如下关系：
n=log2N
在一定的波特率下提高速率的途径是用一个码元表示更多的比特数
R=B log2N = 2W log2N;
R表示数据速率 位 bps。

【香侬（Shannon）定理】

奈奎斯特定理是在无噪声的理想环境下的极限值。实际信道会收到各种干扰，因而远远达不到奈奎斯特定理计算出的数值。香侬的研究表明，有噪声信道的极限数据速率为： C=Wlog2(1+S/N)
其中 W为信道带宽，S为信号的平均功率，S/N叫信噪比。由于在实际使用中S与N的比值太大，故常取其分贝数（dB）分贝与信噪比的关系为：
dB=10lgS/N
例如S/N=1000 时 信噪比为30dB
与信号取的离散值个数无关，也就是说无论采用什么方式调制，只要给定信噪比，则单位时间内最大的传输量就确定了 ，例如信道带宽3000Hz，信噪比为30dB,则最大传输速率 C=3000 log2（1+1000） = 30009.97=30000bps
但这是极限值，只有理论意义，实际上在3000Hz带宽的电话线上数据速率能达到9600bps就不错了。

3.数据编码

（1）模拟数据编码

【调幅AM（Amplitude Modulator）】

调幅即载波的振幅随着基带数字信号而变化，例如数字信号1用有载波输出表示，数字信号0用无再搏输出表示。这种调幅方法有叫做幅移键控（Amplitude Shift Keying ，ASK）其特点是信号容易实现，技术简单，但抗干扰能力弱

【调频FM（Frequency Modulator）】

调频即在博的频率随着基带数字信号而变化，例如信号1用f1表示，信号0用f2表示，这种调频方法又叫做频移键控（Frequency Shift Keying，FSK），其特点是信号容易实现，技术简单，抗干扰能力强。

【调相PM（Phase Modulator）】

调相即载波的初始香味随着基带数字信号的变化而变化，例如信号1对应相位180度，信号0对应相位0度。这种调相方法又叫做相移键控（Phase Shift Keying ，PSK），其特点是抗干扰能力较强，但信号的实现技术比较复杂。

（2）数字数据编码

在数字信道传输计算机数据是，要对计算机中的数字信号重新编码后进行基带传输，在基带传输中，数字信号的编码方式主要有以下几种：

【不归零编码（Non-Return-Zero）】

不归零编码用低电平表示二进制0，高电平表示二进制1.缺点是无法判断每一位的开始与结束，收发双方不能保持同步。为了保证双方同步，必须在发送不归零编码的同时用另一个信道传送同步信号。

【曼彻斯特编码（Manchester Encoding）】

曼彻斯特编码不用点评的高低表示二进制，而是用电平的跳变来表示的。在曼彻斯特编码中，每一个比特中间均有一个跳变，这个跳变即作为时钟信号，又作为数据信号，点评从高到低的跳变表示二进制1，从低到高表示二进制0

【差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding）】

差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进，每比特的值依据其开始边界是否发生跳变来决定，每比特的开始无跳变表示二进制1，有跳变表示二进制0。

曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码是数据通信中最常用的数字信号编码方式，他们的有点是明显的，那就是无需另发同步信号。但缺点也是明显的，那就是编码效率低，如果传输10Mbps的数据就需要用20MHz的脉冲。

4.多路复用技术

为了充分利用传输媒介，人们研究了在一条物理线路上建立多个通信信道的技术，这就是多路复用技术。实质是将一个区域的多个用户数据通过发送多路复用器进行汇集，然后将汇集后的数据通过一条物理线路进行传送，接受多路复用器在对数据进行分离，分发到多个用户。多路复用通常分为频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多址和空分多址。

（1）频分多路复用（Frequency Division Multiplexing , FDM）

事实上，通信线路的可用带宽超过了给定信号的带宽，频分多路复用恰恰是利用了这一优点。频分多路复用的基本原理是：如果没录信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率完全是独立的，即哥哥信道所占用的频带不相互重叠，相邻信道之间用“警戒频带”隔离，那么每个信道就能独立地传输一路信号。
主要特点是载波带宽被划分成若干通道（频道，波段），每个通道互不重叠，独立进行数据传递。频分多路复用在无线电广播和电视领域中应用较多，ADSL也是典型的频分多路复用。ADSL划分了三个频段 0~4Khz用来传送传统语言信号，20 ~ 50用来传送计算机上载的数据信息，150 ~ 500KHz用来传送从服务器上下载的数据信息。

（2）时分多路复用（Time Divivison Multiplexing ， TDM）

时分多路复用是以信道传输时间作为分隔对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现。是分多路复用传用于传输的时间分为若干个时间片，每个用户分得一个时间片。把时间分成一些均匀的时间片，将各路信号的传输时间分配在不同的时间片，以达到互相分开、互不干扰的目的。
目前应用最广的是分多路系统是贝尔系统的T1载波，将24路音频信道复用在一条通信线路上，经过一个脉冲编码调制（Pulse Code Modulation,PCM）编码器，编码器每秒取样8000次。24路信号将轮流将每一个字节插入帧中，每个字节长为8位，其中7个数据位，一位用于信道控制， 每帧由192位组成，附加1bit作为帧的开始方式，所以每帧共有193bit，由于每帧125ms，所以一秒钟可以发8000帧，因此T1载波的数据传输速率为：
193b * 8000 = 1544000 bps = 1.544Mbps

（3）波分多路复用（Wavelength Division Multiplexing ， WDM）

在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力。目前光通信的光源在光通信的“窗口”上只占用了很少一部分。也可以将WDM看作是FDM应用于光纤信道的一个变例。如果让不同波长的光信号在同一根光纤上传输而互不干扰，利用多个波长适当错开的光源同时在一根光纤上传递各自的信息，就可以大大增加传输的数据信息容量。由于是不同波长的传输各自信息，这种方法也被叫做波分复用。

（4）码分多址（Code Division Mutiple Access ，CDMA）

采用地址码和时间、频率共同区分信道的方式，CMDA的特征是每个用户具有特定的地址码，而地址码之间具有正交性，因此各用户信息的发射信号在频率、时间和空间上都可能重叠，从而使有限的频率资源得到利用。CDMA是在扩频技术的基础上发展起来的无线通信技术，即将需要传送的具有一定信号的带宽的数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据的带宽被扩展，在经过载波调制并发送出去。接收端也是用完全相同的伪随机码，把宽带信号转换为原来的窄带信号，即解扩，以实现通信。

（5）空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）

这种技术将空间分割构成不同的信道，从而实现频率的重复使用，以达到信道增容的目的。举例来说，在一个卫星上使用多个天线 ，各个天线的波束射向地球表面的不同区域，地面上不同地区的地球站在同一时间，即使用相同的频率进行工作，他们之间也不会形成干扰，SDMA系统的处理程序如下所述。
【1】系统将首先对来自所有天线中的信号进行快照或取样，然后将其转化成数字形式，并储存在内存中
【2】计算机中的SDMA处理器将立即分析样本，对无限环境进行评估，确认用户、干扰源及其所在位置。
【3】处理器对天线信号的组合方式进行计算，力争最佳地恢复用户信号，借助这种策略每位用户的信号接受质量将大大提高，而其他用户的信号或干扰将遭到屏蔽。
【4】系统将进行模拟计算，使天线阵列可以有选择低向空间发送信号，在此基础上，美味用户的信号都可以通过单独的通信信道------空间信道实现高校的传输。
【5】在上述处理的基础之上，系统就能在每条空间信道上发送和接受信号，从而是这些信道成为双向信道。
利用上述流程，SDMA系统就能够在一条普通信道上创建大量的频分、时分或码分双向空间信道。

5.数据交换技术

（1）电路交换

数据通信网初期根据电话交换原理发展的技术。采用持续的物理线路，只适用于高质量大量数据传输。

（2）报文交换

20世纪60、70年代的技术，以报文为单位，利用路由逐节点传递，类似邮局邮件。
【1】线路效率较高
【2】不需要同时使用发送器和接收器来传输数据，网络可以在接收器可用之前在市存储这个报文
【3】通信量较大时不会丢失，但会有延迟
【4】可以一对多

（3）分组交换

也叫包交换，它是将用户传送的数据划分成长度一定的部分，每个部分叫一个分组，一个分组一个分组地发送，缩短了网络延时，提高了可靠性。
分组交换有两种方式：数据包方式和虚电路方式。
数据包方式：每个数据分组都包含重点地址信息，分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径，因每个有不同路径，所以在终点需要重新排序，
虚电路方式：临时建立网络上的逻辑连接，然后分包传输，结束后断开。

主要特点
【1】线路利用率较高
【2】不同种类的终端可以互相通信。
【3】信息传输的可靠性高
【4】分组多路通信

（4）信元交换

又叫做异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）面向连接的快速分组交换技术，是通过建立虚电路进行数据传输的。ATM采用固定长度的信源作为数据传送的基本单位，信元长度为53字节，其中信元头5字节 数据为48字节。长度固定的信元使ATM交换机的功能尽量简化，只用硬件电路就可以对信元头中的虚电路表示进行识别，因此 大大缩短各种业务的统计特性没在保证服务质量（Quality of Service ， QoS）要求的前提下，各个业务之间动态低分配网络带宽。

二、计算机网络简介

1.计算机网络概念

计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。
所谓计算机网络就是把分布在不同区域的计算机与专用外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的计算机应用系统，从而使众多计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。

2.计算机网络分类

按覆盖范围可分为局域网、城域网、广域网
按拓扑结构可分为环型网、星型网、总线型网等
按照传输介质可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、微博网、卫星网、红外线网等。
按信号频带可分为宽带网、基带网。

3.计算机网络构成

【1.网络硬件】
计算机设备、传输介质、网络连接设备。
【2.网络软件】
网路操作系统、网络通信协议和应用及的提供网络服务功能专用软件。

三、计算机网络硬件

1.网络传输媒介

（1）同轴电缆（Coaxial cable）

内导体铜芯线、绝缘层、外导体屏蔽层、塑料保护外层。
早期互联网的主要传输媒介。

（2）双绞线（Twisted-pair）

接头名为RJ45

8根线 4根用于通信 两条发送两条接收，
接法；
【B】 白橙橙、白绿蓝、白蓝绿、白棕棕
【A】 白绿绿、白橙蓝、白蓝橙、白棕棕

（3）光纤

单根玻璃光纤（纤芯）、紧靠纤芯的包层 以及塑料保护涂层（护套）。

（4）无线传输

无线电、微波、红外线及可见光几个波段。

2.计算机网络互联设备

OSI七层模型。

（1）中继器（Repeater）

信号放大作用，防止衰减

（2）集线器（Hub）

中继器的一种，区别在于能够提供更多的端口服务，又叫做多口中继器。
集线器是对网络几种管理的最小单元，他只是一个信号放大和中专的设备，不具备自寻址能力和交换作用。

（3）网桥

连接多个局域网。
最常见的网桥有透明网桥和源站选路网桥。
透明网桥是由各网桥自己来决定路由选择的，而局域网上的各站都不管路由选择，这种网桥的最大优点是容易安装一接上上就能工作。但是网桥资源利用不充分。
源站选路（Scoure routing）网桥 ：该网桥假定了每一个占在发送帧是都清楚各目的站的路由，因此在发送帧是将详细的路由信息放在帧的首部中。

（4）交换机（Switch）

采用星形拓扑结构，而逻辑上是总线型，是共享型的。虽然集线器有多个接口，但同时只允许一个接口发送或接收数据。而交换机每个端口都可以自己独占整个带宽。

一台8口的 10Base-Hub 每个端口的带宽为10Mbps/8=1.25Mbps
一台8口的 10Base-Switch 每个端口的带宽为 10Mbps，在满负荷状态下真个交换机的带宽为10Mbps*8=80Mbps；

（5）路由器（Router）

不同类型网络彼此相连时、必须使用路由器。例如LAN A 时Token Ring ，LAN B 时Ethernet 这时就可以使用路由器将这两个网络连接在一起。
从表面上来看 路由器和网桥两者均为网络互连设备，但本质上两者的差别 在于网桥的功能发生在OSI参考模型的第二层（链路层），而路由器的功能发生在第三层（网络层）。由于路由器比网桥高一层，因此只能性更强。它不仅仅有传输能力，而且有路径选择能力。当某一链路不同时路由器会选择一条好的链路完成通信。速度会比网桥慢，比较适合大型、复杂的网络连接。网桥在把数据从源端向目的端转发时，仅仅依靠链路层的信息外，主要以网络层包头中的信息（网络地址）作为转发依据，但会消耗更多时间，所以路由器的性能从这个意义来讲可能哺乳网桥，但是正是因为其转发以来网络协议更高层的信息，所以可以进一步减少其对特定网络技术的依赖性，扩大了路由器的使用范围，再者，路由器居于欧广播包的一致和子网隔离功能，网桥是不可能具备的，正是这种情况是的路由器得到了广泛的应用。
路由器根据分类方法的不同可分为近程路由器和远程路由器、内部路由器和外部路由器、“静态”路由器和“动态”路由器，单协议路由器和多协议路由器等。
路由器在工作时需要存在初始的路径表，他使用这些表来识别其他网络以及通往其他网络指定的设备的地址和最有效的识别。路由器与网桥不同，他不是使用路径表来查找其他网络指定的设备的地址，而是依靠其他路由器来完成任务。
也就是说，网桥是根据路径表来转发或过滤信息包，而路由器是使用它的信息来为每一个信息包选择最佳路径。静态路由器需要管理员来修改所有网络的路径表，他一般只用于小型的网间互联；而动态路由器能根据指定的路由协议来完成修改路由器信息。使用这些协议，路由器能自动低发送这些信息，所以一般大型的网间连接均需使用动态路由器。与网桥不同，路由器仅在需要时建立心得或附加的连接。

（6）网关（Gateway）

当连接两个完全不同结构的网络时，必须使用网关。
网关不能完全归位一种网络硬件，用概况性的术语来讲，它们应该是能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品。特别要说明的是，它们可以使用不同格式、通信协议、结构来连接两个系统。
网关实际上通过重新封装信息以使它们能够呗另一个系统读取。为了完成这项任务，网关必须能够运行在OSI模型的几个层上。网关必须同应用通信、建立和管理回话、传输已经编码的数据，并解析逻辑和物理地址的数据。
常见的网关有以下几种：
【1】电子邮件网关：
【2】IBM主机网关：
【3】互联网网关：
【4】局域网网关：

3.计算机网络接入技术

公共传输网络基本可以分成电路交换网络和分组交换网络两类。

（1）公共交换电话网
（2）窄带综合业务数字网
（3）宽带综合业务数字网
（4）X.25分组交换网
（5）数字数据网
（6）帧中继
（7）异步传输模式
（8）甚小天线地球站
（9）数字用户线
（10）宽带网接入
（11）HFC和Cable MODEM
（12）本地多点分配接入系统
（13）无源光网络

四、计算机网络协议（未完成）

1.OSI体系结构

（1）协议的概念

共同遵守的约定。
组成如下：
【1】语法：信息或数据的结构和格式
【2】语义：发送何种信息、完成何种动作、做出何种应答
【3】同步：事件实现顺序的详细说明

（2）开放系统互联参考模型系统结构

开放系统互联参考模型（Open System Interconnet Refernce Model，OSI RM）。改模型定义了不同计算机互联的标准，是设计和描述计算机网络通信的基本框架
【应用层】
【表示层】
【会话层】
【传输层】
【网络层】
【数据链路层】
【物理层】

（3）各层功能

【物理层】

建立在传输媒介的基础上，实现设备之间的物理接口

【数据链路层】

将具有一定意义和结构的信息正确地在实体之间进行传输

【网络层】

【传输层】

【会话层】

【表示层】

【应用层】